KR20010031356A

KR20010031356A - 원심 분리기의 세척 방법 및 장치

Info

Publication number: KR20010031356A
Application number: KR1020007004351A
Authority: KR
Inventors: 피트카마키요우코
Original assignee: 라르스 달크비스트; 알파 라발 에이비
Priority date: 1998-08-24
Filing date: 1999-08-17
Publication date: 2001-04-16
Also published as: CN1275097A; JP2002523211A; RU2267359C2; PL339264A1; JP4440472B2; SE521366C2; EP1075331A1; DE69942874D1; BR9906739A; SE9803035D0; CN1094795C; EP1075331B1; PL194320B1; SE9803035L; WO2000010715A1; AU5767499A; US6319186B1

Abstract

액체 혼합물을 낮은 점성을 갖는 하나의 액상과 높은 점성을 갖는 하나의 농축상으로 분리하는 소정 형태의 원심 분리기에 있어서, 농축물은 회전자 내의 농축물 출구 챔버(17)를 지나서 와류 장치(20)를 통해 유동되어야 한다. 와류 장치는 낮은 점성을 갖는 경우보다 높은 점성을 갖는 경우에 더 크게 유동시키는 특성을 갖는다. 회전자 및 회전자의 하류측의 농축상용 도관들을 보다 효율적으로 세척하기 위해, 낮은 점성을 갖는 세척 액체는 와류 장치(20)를 통해 농축상용 상기 출구 챔버(17)로 뿐만 아니라 분리 통로(34)를 통해 상기 출구 챔버(17)로 이동된다. 따라서, 충분한 유동의 세척 액체가 농축물 출구 챔버(17)로 유입되고, 그곳에서부터 회전자의 하류측의 농축상 도관들을 거쳐 회전자로부터 배출될 수 있도록 보장된다.

Description

원심 분리기의 세척 방법 및 장치 {A METHOD AND A DEVICE FOR CLEANING OF A CENTRIFUGAL SEPARATOR}

실제 사용되고 있는 미국 특허 제4,311,270호에 따른 원심 분리기의 일실시예는 상기 미국 특허의 도3에 도시되어 있다. 상기 실시예는 예를 들어 효모(yeast)의 분리를 위해 사용된다. 이러한 종류의 원심 분리기에서, 회전자 분리 챔버의 반경 방향 최외측 부분(소위, 농축물 공간)에서는 회전자의 작동 중에 분리된 효모가 축적되고 회전자 내의 중심 챔버(소위, 농축물 챔버)와 일정하게 통해 있고, 효모는 상기 최외측 부분에서 소위 절결 부재(paring member)를 통해 회전자로부터 배출된다. 적어도 하나의 소위 농축물 튜브는 농축물 공간과 농축물 챔버를 연결하고, 농축물 튜브의 반경 방향 최내측 부분에서는 전술한 종류의 와류 장치가 배치됨으로써, 효모가 농축물 챔버로 유입되기 전에 그 사이를 통과할 수 있다.

상기 종류의 원심 분리기와 관련하여 알려진 문제점은 회전자의 각 부분들과 회전자의 하류측의 회전자 외측의 처리 도관들이 회전자의 회전 중에 종래의 원심 분리기의 세척 방법을 통해 충분히 세척되지 않는다는 것이다. 이러한 종류의 세척 중에, 세척 액체는 회전자 내에서 처리될 혼합물용 회전자 입구를 통해 연속적으로 공급되고, 세척 액체는 분리된 액상 및 분리된 농축상용의 각각의 통상적인 회전자 출구들을 통해 회전자로부터 배출된다. 그러한 문제점은 회전자 뿐만 아니라 회전자의 하류측 내에서 잘 세척되지 않는 분리된 농축상의 유동 경로들과 관계가 있다.

그 문제점이 발생되는 이유는 상기 와류 장치가 액체의 점성이 감소되면 와류 장치가 액체의 유동 흐름을 감소시키는 것과 같은 특성을 갖기 때문이며, 이는 정상 분리 작동 중에는 바람직하지만 원심 분리기의 세척과는 관련이 없다. 일반적으로 세척 액체가 와류 장치를 통과하는 농축상보다 사실상 더 낮은 점성을 가지므로, 결과적으로 농축상용의 유동 경로들 내의 세척 액체의 유동이 바람직하지 못하게 낮아지고, 이로써 그러한 유동 경로들이 충분히 세척되지 못한다. 또 어떤 경우에는, 관련 유동 경로들을 통한 세척 액체의 유동이 분리 작동 중에 농축상의 정상 유동의 단지 약 30% 밖에 안되는 것으로 알려져 있다.

상기 문제점은 물론 전술한 원심 분리기의 실시예와 관련해서 발생되는 것만은 아니다. 원심 분리기의 회전자가 소위 농축물 공간 및 소위 농축물 챔버 사이의 액체 농축상용의 유동 경로 내에 배치된 한 종류 또는 다른 종류의 와류 장치를 구비한 다른 원심 분리기에서도, 예를 들어 독일 특허 제36 13 335 C1호 또는 36 35 059 C1호에서 볼 수 있는 종류의 와류 장치가 제공된 회전자에서도 그러한 문제점이 발생된다.

미국 특허 제4,311,270호는 액체 혼합물을 함유한 고체물을 실질적으로 고체가 없고 상대적으로 낮은 점성을 갖는 하나의 액상(liquid phase)과 고체가 풍부하고 상대적으로 높은 점성을 갖는 하나의 농축상(concentrate phase)으로 분리하도록 설계된 원심 분리기를 개시한다. 그 원심 분리기는 회전자를 포함하고, 회전자는 중앙 회전 축을 중심으로 회전 가능하고 상기 혼합물용 입구와 상기 액상용 출구와 상기 농축상용 출구를 구비한다. 미국 특허 제4,311,270호에 따른 원심 분리기의 특징은 회전자가 농축상용 출구 내에 와류 장치를 구비하고, 그 와류 장치는 그 사이를 통과하여 회전자로부터 유출되는 농축상의 점성을 사실상 일정하게 유지시킬 수 있는 특성을 갖는 것이다. 따라서, 유출되는 농축상의 점성이 증가하는 경향을 나타내면 와류 장치는 자동적으로 농축상의 유동을 더 크게 만들고, 점성이 감소되는 경향을 나타내면 농축상이 회전자로부터 더 작은 유동으로 유출되게 한다. 이로써, 와류 장치는 회전자 내에서 분리되고 회전자로부터 배출되는 농축상에 항상 소정의 점성을 제공하는 방식으로 형성될 수 있다.

본 발명은 첨부 도면을 참조하여 아래에 보다 상세히 설명된다.

도1은 원심 분리기에 포함된 회전자의 절반을 축단면으로 도시한다.

본 발명의 목적은 고체물들을 함유한 액체 혼합물을 사실상 고체물들이 없고 상대적으로 낮은 점성을 갖는 하나의 액상과 고체물들이 풍부하고 상기 액상보다 상대적으로 높은 점성과 더 큰 밀도를 갖는 하나의 농축상으로 분리하도록 설계되고, 중앙 회전 축을 중심으로 회전 가능하고 상기 혼합물용 입구와 상기 액상용 출구와 상기 농축상용 출구를 구비한 회전자를 포함하고, 상기 회전자에는 적어도 하나의 분리 챔버와 액체 출구 챔버와 농축물 출구 챔버를 포함하는 처리 액체 공간이 형성되고, 상기 분리 챔버는 분리된 액상용의 액체 공간과 분리된 농축상용 농축물 공간을 구비하고, 상기 액체 출구 챔버는 상기 액체 공간과 통해 있고, 상기 농축물 출구 챔버는 적어도 하나의 농축물 통로를 통해 상기 농축물 공간과 통해 있고, 상기 농축물 통로는 와류 장치를 통과하여 연장되고, 상기 와류 장치는 일정한 압력 강하가 일어나도록 설계되어 상대적으로 낮은 점성을 갖는 농축상의 관통 유동보다 상대적으로 높은 점성을 갖는 농축상의 유동을 더 크게 하도록 구성되고, 회전자와 함께 회전되지 않도록 구성된 농축물 출구 부재는 농축물 출구 챔버로 연장되어 분리된 농축상을 회전자 밖으로 배출하도록 구성된 원심 분리기가 충분하게 세척되지 않는 문제점을 해결하는 것이다.

본 발명의 목적은, 세척 액체가 상기 농축물 출구 챔버 이외의 회전자의 처리 액체 공간의 다른 부분을 통해 회전자로 유입되고, 세척 액체가 상기 와류 장치 이외의 경로로 회전자 처리 액체 공간의 상기 다른 부분으로부터 농축물 출구 챔버로 전달되고, 세척 액체는 농축물 출구 챔버로부터 제거되고 상기 농축물 출구 부재를 통해 회전자 밖으로 이동되는 세척 방법에 의해 달성될 수 있다.

상기 방식에 의해, 농축물 출구 챔버로 단위 시간당 충분한 양의 세척 액체가 공급될 수 있고, 상기 챔버로부터 농축물 출구 부재를 통해 원심 분리기의 하류측의 농축상용 유동 경로들로 더 배출될 수 있다.

필요하다면, 세척 액체는 특정한 공급 부재에 의해 회전자로 유입될 수도 있으며, 양호하게는 회전자 내에서 처리될 혼합물용의 일반적인 원심 분리기 입구가 그러한 목적으로 사용된다.

세척 액체는 회전자 내의 처리 액체 공간의 상기 다른 부분으로부터 농축물 출구 챔버로 다른 방식으로 전달될 수도 있다. 예를 들어, 회전자 내에서 그 중앙에 배치되고 반경 방향으로 이동 가능한 절결 부재 등은 세척 작동 중에 회전자의 처리 액체 공간의 상기 다른 부분으로 유입된 세척 액체와 접촉되도록 이동되는 데 사용될 수 있다. 이러한 종류의 절결 부재로부터의 출구는 농축액 출구 챔버로 세척 액체를 이동시키도록 절결되어 구성될 수 있다. 또 다르게는, 세척 액체의 전달을 위해, 절결 부재는 회전자 내에 배치되어 있으나 반경 방향으로 이동이 불가능하고 그 대신에 회전자의 처리 액체 공간의 상기 다른 부분 내의 세척 액체의 자유 액체(free liquid) 표면이 원심 분리기의 정상 작동(즉, 분리 작동) 중에 회전자 내에서 처리 액체가 있게 되는 반경 방향 내측 레벨로 반경 방향 내측으로 이동되도록 사용될 수 있다.

세척 액체의 자유 액체 표면이 바로 위에서 언급된 방식으로 반경 방향 내측으로 이동되면, 세척 액체를 농축물 출구 챔버로 전달하기 위해 절결 부재가 사용될 필요가 있는 지는 확실하지 않다. 대신에, 세척 액체가 상기 전달 통로로 반경 방향 내측으로 도달될 때 회전자의 처리 액체 공간의 상기 다른 부분으로부터 농축물 출구 챔버로 세척 액체가 직접 이동되도록 구성된 회전자 자체 내에 전달 통로가 형성될 수 있는 이점이 있다.

양호하게는, 원심 분리기는, 회전자와 함께 회전되지 않도록 구성되고 분리된 액상이 회전자 밖으로 배출되도록 액체 출구 챔버로 연장된 액체 출구 부재와, 원심 분리기의 정상 작동 중에 처리 액체, 즉 혼합물을 분리된 액상 및 분리된 농축상으로 상기 처리 액체 공간 내에서 소정의 반경 방향 레벨로 유지하도록 구성된 수단을 더 포함한다.

여기서, 본 발명은 상기 액체 출구 부재를 통한 액체의 유출은 회전자의 상기 처리 액체 공간의 상기 다른 부분이 원심 분리기의 정상 작동 중에 처리 액체가 그 내부에 제공된 소정 레벨에서 반경 방향 내측으로 세척 액체를 유지하는 방식으로 방지 또는 조절되고, 처리 액체가 원심 분리기의 정상 작동 중에 그 내부에 제공되는 소정의 레벨의 반경 방향 내측으로 회전자의 처리 액체의 상기 다른 부분 내에 제공된 세척 액체는 상기 와류 장치를 통하지 않는 경로(예를 들어, 회전자 자체 내에 형성된 전달 통로 또는 고정식 절결 부재 내의 전달 통로를 통하지 않는 경로)로 농축물 출구 챔버로 이동되는 방식으로 이용될 수 있다.

분리된 액상 및 분리된 농축상용의 상기 출구 부재들은 상이한 종류일 수도 있다. 양호하게는, 출구 부재들은 회전자의 회전 속도와 다른 속도로 회전되면 출구 부재들이 액상 및 농축상을 회전자로부터 각각 배출하도록 이론적으로 설계된 경우에도 회전이 불가능하다.

특정 경우에, 출구 부재들은 회전이 불가능하지만 반경 방향으로는 조절이 가능하다(즉, 회전자의 회전축을 향해서 및/또는 회전축으로부터 멀어지게 이동이 가능하다). 여기서, 액체 출구 챔버 및 농축물 출구 챔버의 각각의 자유 액체 표면들은 출구 부재들에 의해 소정의 반경 방향 레벨로 조절될 수 있다. 따라서, 본 발명의 일실시예에 따르면, 액체 출구 챔버 내의 액체 부재는 분리 작동 중에 제1 반경 방향 레벨로 위치할 수도 있으나, 원심 분리기가 세척될 때 회전자의 회전축에 더 가깝게 이동될 수도 있어서, 분리 작동 중에 분리된 액상이 그 내부에 제공된 반경 방향 레벨에서 반경 방향 내측으로 세척 액체의 자유 액체 표면이 액체 출구 챔버 내에 제공된다.

필요하다면, WO 제97/27946호에 개시된 종류의 출구 부재가 출구 챔버 중 하나 또는 양쪽에 사용될 수 있다. 이러한 종류의 출구 부재는 출구 챔버 내의 자유 액체 표면 상에서 부유될 수 있게 한다. 이 때, 출구 부재를 통한 액체의 유출이 억제되어 액체가 회전자 내에 축적되고 그 내부의 자유 액체 표면이 회전자의 회전축에 더 가깝게 이동되면, 출구 부재는 자동적으로 반경 방향 내측으로 자유 액체 표면을 따라간다.

그러나, 본 발명을 사용함으로써, 종래의 고정식 출구 부재들을 사용하고 원심 분리기의 세척과 관련하여 분리된 액상용의 출구 챔버 내의 출구 부재를 통한 세척 액체의 유출을 저지 또는 억제하기에 충분하다.

또한, 본 발명은 전술한 종류의 원심 분리기를 세척하기 위한 장치에 관한 것이다. 본 발명에 따른 그러한 종류의 장치는, 전달 부재에 적어도 하나의 분리된 세척 액체 통로가 형성되고, 상기 세척 액체 통로는 농축물 출구 챔버와 분리 챔버를 액체 출구 챔버 이외의 다른 경로를 통해 연결하고, 상기 세척 액체 통로는 원심 분리기의 정상 작동 중에 세척 액체 통로를 통해 처리 액체의 유동이 발생되지 않도록 처리 액체가 있게 되는 레벨에서 적어도 부분적으로 반경 방향 내측으로 연장되고, 회전자는 제한 벽들을 구비하고, 상기 제한 벽들은 회전자의 처리 액체 공간의 상기 다른 부분이 세척 액체로 채워질 때 원심 분리기의 정상 작동 중에 공정 액체가 그 내부에 있게 되는 레벨에서 반경 방향 내측으로 상기 다른 부분이 세척 액체를 포함하고 세척 액체가 세척 액체 통로를 통해 농축액 출구 챔버로 유출될 수 있는 방식으로 형성된 것을 특징으로 한다.

상기 전달 부재는 고정식일 수 있고, 혼합물이 정상 분리 작동 중에 회전자로 유입되는 고정식 입구 파이프에 의해 또는 분리된 액상 및 분리된 농축상을 배출하기 위한 출구 부재들 중 하나에 의해 회전자 내에 지지될 수 있다. 이 때, 전달 부재는 고정식 출구 부재와 동일한 방식으로 작동되고, 회전자 내의 제1 공간(즉, 분리된 액상용 출구 챔버)으로부터 회전자 내의 제2 공간(즉, 분리된 농축상용 출구 챔버)으로 세척 액체를 이동시킬 수 있도록 구성된다.

그러나, 전달 부재는 양호하게는 회전자의 일부분과 연결되거나 또는 회전자의 일부분으로 구성되어 회전자와 함께 회전될 수 있다. 이 경우에, 세척 액체 통로는 농축물 출구 챔버를 회전자의 처리 액체 공간의 다른 일부분으로부터 분리시키는 회전자 내의 격판을 통해 하나 이상의 구멍들로 형성될 수 있다.

회전자는 상부(1)와 하부(2)를 구비하고, 상부 및 하부는 체결 링(3)에 의해 상호 연결된다. 회전자는 중앙 회전 축(4)을 중심으로 회전 가능하다.

회전자 내에는 환형 분리 챔버(5)가 형성되고, 환형 분리 챔버는 중앙에 위치한 액상 공간(6)과 외주에 위치한 농축물 공간(7)을 구비한다. 분리 챔버(5) 내에는 절두 원추형의 분리 디스크(8)들이 적층되어 배치된다.

회전자 내의 중앙에는 소위 분배기가 배치되고, 분배기는 분배기 목부(9a)(neck)와 분배기 기저부(9b)(foot)로 구성된다. 분배기 목부(9a)는 회전자 내에서 처리될 액체 혼합물을 수용하는 입구 챔버(10)를 형성한다. 상기 혼합물용의 고정식 입구 파이프(11)는 위에서부터 회전자 및 입구 챔버(10)로 연장되어 있다. 입구 파이프(11)는 출구 파이프(12)를 연장시키는 데, 이것에 관해서는 아래에 보다 상세히 설명된다. 입구 파이프(11) 내에서 출구 파이프(12) 둘레에 입구 채널(13)이 형성되고, 입구 채널은 개구(14)를 통해 입구 챔버(10)로 개방되어 있다.

분배기 기저부(9b) 및 회전자 하부(2)의 가장 낮은 부분 사이에는 절두 원추형 상부 격판(15)과 절두 원추형 하부 격판(16)이 회전자에 대해서 뿐만 아니라 서로에 대해서도 동축상으로 배치된다. 격판(15, 16)들 사이에서 그 축상으로 환형 농축물 출구 챔버(17)가 형성되고, 출구 챔버는 회전자의 회전 축을 향해 반경 방향 내측으로 개방된다. 전술한 출구 파이프(12)는 회전자의 회전축 영역으로부터 반경 방향 외측으로 농축물 출구 챔버(17)로 연장된다. 농축물 출구 챔버의 반경 방향 외측 부분에서 출구 파이프(12)는 개구(18)를 갖는 소위 절결 부재를 형성하고, 개구(18)는 출구 파이프의 내부와 통해 있고 농축물 출구 챔버 내에서 회전자의 반경 방향의 반대 방향으로 향해 있다.

회전자의 회전 축을 중심으로 분포된 농축물 파이프(19)의 각각은 분리 챔버의 외부에 배치된 농축물 공간(7)으로부터 반경 방향 내측으로 연장되어 와류 장치(20)로 개방된다. 따라서, 회전자의 회전축 둘레에 분포된 농축물 파이프(19)들과 같은 수의 와류 장치(20)들이 있게 된다. 각각의 와류 장치(20)에는 원형 및 원통형 챔버(21)가 형성되고, 원통형 챔버의 축은 회전자의 회전 축과 평행하게 연장되어 있다. 챔버(21)는 입구(22)를 구비하고, 입구(22)는 챔버(21) 내에서 접선 방향으로 배향되고 농축물 파이프(19)가 그 입구(22)와 연결된다. 2개의 단부 벽들에 의해 축상으로 형성된 챔버(21)는 상기 단부 벽들 중 하나 내에 개구의 형태로 중심 출구(23)를 더 구비하고, 그 출구(23)는 격판(16) 내의 개구와 함께 챔버(21)와 농축물 출구 챔버(17) 사이에 연결부를 형성한다. 따라서, 농축물 파이프(19)의 내부와 그와 연결된 와류 장치의 내부는 농축물 공간(7)과 농축물 챔버(17)를 연결하는 농축물 통로를 형성한다.

분배기 기저부(9b) 및 상기 상부 격판(15) 사이에는 분리 챔버(5) 내에서 처리될 혼합물용의 입구 통로(24)가 형성된다. 입구 통로(24)는 입구 챔버(10)와 그 반경 방향 내부로 서로 통해 있고 분리 챔버(5)와 농축물 파이프(19)들 사이의 반경 방향 외측 부분에서 서로 통해 있다. 또한, 입구 통로(24)는 분배기 기저부(9b) 내의 구멍(25)들을 통해 분리 챔버(5)와 통해 있고, 분배기 기저부는 회전자의 회전 축(4) 둘레에 분포되고 분리 디스크(8) 내에서 상호 유사한 소위 분배 구멍의 반대에 축상으로 배치된다.

분리 챔버 내의 중심에 위치한 액상 공간(6)은 통로(27)를 통해 액체 출구 챔버(28)와 통해 있다. 통로(27)와 출구 챔버(28) 사이에는 환형 부재(29)가 배치되고, 환형 부재의 반경 방향 내부 모서리는 회전자의 작동 중에 통로(27)로부터 출구 챔버(28)로 유동하는 각각의 액상을 위한 오버플로우 출구를 형성한다.

고정식 액체 출구 챔버(30)는 위에서부터 회전자로, 부재(29)의 내부 모서리에 의해 형성된 오버플로우 출구의 레벨 외측에서 반경 방향의 레벨로, 그리고 액체 출구 챔버(28)로 반경 방향 외측으로 연장된다. 출구 챔버(28) 내에서 출구 부재(30)는 소위 절결 디스크 형상을 구비할 수 있고, 절결 디스크 형상은 그 외주에서 회전자의 회전 축 둘레에 분포된 입구들을 구비한다.

액체 출구 챔버(28)는 환형 부재(31)에 의해 회전자의 외측을 향해 상방으로 형성되고, 환형 부재(31)의 반경 방향 내부 모서리는 부재(29)의 내부 모서리에 의해 형성된 오버플로우 출구 내측에서 반경 방향으로 배치된다. 부재(31)는 회전자가 회전할 때 통로(27)와 출구 챔버(28) 사이의 상기 오버플로우 출구의 반경 방향 내측에서 출구 챔버(28) 내에 자유 액체 표면이 유지될 수 있게 한다. 이러한 것은 고정식 출구 부재(30)를 통한 액체 출구의 덮개 또는 조절판에 의해 달성될 수 있다. 도1에서 도관(32)이 개략적으로 도시되고, 도관(32)은 출구 부재(30) 및 상기 도관 내에 배치된 밸브(33)에 연결되고, 밸브에 의해 도관을 통한 유동이 억제되거나 완전히 차단될 수 있다.

회전자의 하부에는 분리 챔버(5)가 농축물 파이프(19)들 및 와류 장치(20)들 사이에서 반경 방향 내측으로 전술한 하부 격판(16) 아래에서 축방향 공간을 향해 연장된다. 격판(16)의 반경 방향 내부 부분을 통해 통로(34)가 연장되고, 통로(34)는 분리 챔버(5)와 농축물 출구 챔버(17)를 연결한다. 하나 이상의 개구가 형성될 수 있는 통로(34)는 회전자가 회전하는 동안에 원심 분리기의 세척과 관련하여 세척 액체가 유동할 수 있는 통로로 설계된다. 이러한 종류의 세척은 이후에 설명된다.

분리 챔버의 반경 방향 최외측 부분에서, 회전자는 다수개의 출구 채널(35) 형태의 출구를 더 구비하고, 채널(35)들은 회전자 하부(2)를 통해 축방향으로 연장되고 회전자의 회전 축 둘레로 분포된다. 각각의 출구 채널(35)은 회전자 하부(2)의 외측 상의 단부에서 폐쇄 부재(36)에 의해 덮여지고, 축방향으로 이동 가능한 환형 폐쇄 미끄럼부(37)는 각각의 출구 채널(35)들의 반대에 위치한 폐쇄 부재(36)들을 지지한다. 미끄럼부(37)는 회전자 하부(2)에 체결된 판(39)에 의해 지지되는 스프링(38)들에 의해 출구 채널(35)들이 폐쇄 부재(36)들에 의해 폐쇄되는 위치에서 유지된다. 미끄럼부(37) 및 회전자 하부(2) 사이에는 개구 챔버(40)가 형성되고, 개구 챔버(40)는 채널(41)을 통해 출구 채널들이 덮여지지 않는 위치로 미끄럼부(37)를 이동시키기 위해 압축된 공기 액체로 채워질 수 있다. 개구 챔버(40)는 그 외주에 적어도 하나의 상당히 억제된 배수 개구(42)를 구비한다.

도1에서 회전자 내에 3개의 반경 방향 레벨들을 나타내는 3개의 수직 점선(A, B, C)들이 도시된다. 원심 분리기의 정상 작동 중에(즉, 분리 작동 중에) 액체 통로(27) 내에는 레벨(A)에서(즉, 환형 부재(29)에 의해 형성된 오버플로우 출구의 반경 방향 레벨에서) 자유 액체 표면이 제공된다. 와류 장치(20)들 내측에서 반경 방향으로 격판(16) 아래에서 축 방향으로 위치한 분리 챔버(5)의 일부분에서, 분리 작동 중에 반경 방향 레벨(B)에서 자유 액체 표면이 위치한다. 세척 작동 중에, 소량의 액체만이 고정식 출구 챔버(30)를 통해 출구 챔버(28)로부터 유출되는 경우 또는 액체가 전혀 유출되지 않는 경우에, 격판(16)에서 반경 방향 레벨(C)에 위치한 분리 챔버(5)의 일부분 내에 뿐만 아니라 출구 챔버(28) 내에 자유 액체 표면이 위치할 수도 있다.

전술한 원심 분리기는 분리 작동 중에 다음의 방식으로 작동된다. 즉, 고체물을 함유한 액상 혼합물이 고체물이 사실상 없고 상대적으로 낮은 점성을 갖는 하나의 액상과, 고체물이 풍부하고 상대적으로 높은 점성을 갖는 하나의 농축상으로 분리된다. 고체물의 밀도는 부유된 액체의 밀도보다 더 높다.

회전자가 회전되어진 후에 처리될 액체는 입구 채널(13)을 통해 회전자로 운반되고, 이어서 개구(14)를 통해 입구 챔버(10)로 유동된다. 그로부터 혼합물은 입구 통로(24) 및 구멍(25)을 통해 분리 챔버(5)로 더 유동된다. 혼합물은 내부의 분배 구멍(26)을 통해 축방향으로 유동됨으로써 분리 디스크(8)들 사이에서 분배된다.

분리 디스크(8)들 사이에서 혼합물의 성분들은 원심력에 의해 활성화되고, 고체물은 회전자의 회전 축(4)으로부터 멀리 이동되어 농축물 공간(7)에 축적되고, 입자들이 없는 액체는 회전 축을 향해 액상 공간(6)으로 이동된다.

액상은 액체 통로를 통해 부재(29)의 오버플로우 출구를 지나 출구 챔버(28)로 더 유동된다. 액체는 고정식 출구 부재(30)를 통해 출구 챔버(28) 밖으로 빠져나와 도관(32)을 통해 회전자 외측으로 배출된다. 출구 부재(30)는 출구 챔버(28)로 들어 온 분리된 액상 모두를 안정되게 배출시킬 수 있고 환형 부재(29)에 의해 형성된 오버플로우 출구 외측에 반경 방향으로 위치한 자유 액체 표면을 내부에 유지시킬 수 있는 용적을 갖는다.

따라서, 전술한 오버플로우 출구에 의해 전술한 반경 방향 레벨(A)에서 액체 통로(27) 내에 자유 액체 표면이 유지된다.

액체 통로(27)와 마찬가지로, 하부 격판(16) 아래에 축방향으로 위치한 회전 자 내의 공간도 분리 챔버(5)와 통해 있다. 격판(16) 아래의 그 공간 내에는 자유 액체 표면이 형성되나, 전술한 반경 방향 레벨(B)에서(즉, 레벨(A)에서의 액체 표면보다 회전자의 회전 축에 좀 더 가깝게) 유지된다. 이렇게 되는 이유는 분리 작동 중에 액체가 분리 디스크(8)들 사이의 상호 공간들 내에서 반경 방향 내측으로 항상 유동되고 이러한 유동에 대해 유동 저항이 발생되기 때문이다. 분리 챔버(5)의 반경 방향 외측 부분과 격판(16) 아래의 상기 공간 사이의 경로에는 유동 저항이 발생되지 않는 데, 그 이유는 분리 작동 중에 상기 경로로 액체가 유동되지 않기 때문이다.

농축상 공간(7) 내에 축적된 입자들은 소량의 액체와 함께 상대적으로 큰 점성을 갖는 농축상을 형성하며, 그 농축상은 농축물 파이프(19)를 통해 와류 장치(20)로 유입된다.

농축상은 각각의 와류 장치의 각 챔버(21)로 접선 방향으로 유입되고, 그 와류 장치 내에서 챔버(21)의 중심 축을 중심으로 격렬한 회전이 발생된다. 농축상은 그 회전 중에 챔버(21)의 중심으로 가압되고 출구(23)를 통해 챔버로부터 빠져 나와 농축물 출구 챔버(17)로 유입된다.

상이한 와류 장치들로부터 출구 챔버(17)로 유입된 농축상은 고정식 농축물 출구 부재(12)에 의해 출구 챔버(17)로부터 빠져 나온다. 농축상은 출구 부재(12)내의 농축상 및 그 출구 부재가 회전자 외측에서 연결되는 도관(도시안됨) 내의 농축상에 대한 유동 저항에 의해 결정되는 반경 방향 레벨에서 출구 챔버(17) 내에 자유 액체 표면을 형성한다. 일반적으로, 출구 챔버(17) 내의 자유 액체 표면은 농축상이 출구 챔버(12)를 통해 유출되도록 출구 챔버(17) 내의 입구(18) 내측에서 반경 방향으로 단거리로 유지되게 하는 역압력이 유지된다. 농축물 파이프(19)들 및 와류 장치(20)들을 통해 충분히 큰 유동의 농축물이 발생될 수 있도록, 출구 챔버(17) 내의 액체 표면이 레벨(A, B)에서 반경 방향 외측으로 소정 거리로 유지된다.

와류 장치(20)의 기능에 관해서, 미국 특허 제4,311,270호의 상세한 설명이 참조된다. 본 명세서에서는, 단지 와류 장치들의 주 기능에 대해서만 간단히 언급하기로 한다.

본 명세서에서 설명되는 종류의 와류 장치를 통해 얻을 수 있는 액체 유동의 크기는 와류 장치를 통해 달성되는 압력 강하 및 상기 액체의 점성에 따라 결정된다. 각각의 관련 와류 장치들에 대해서 결정될 수 있는 특정 제한 조건들하에서, 와류 장치를 가로지르는 소정의 압력 강하에서의 와류 장치는 상대적으로 낮은 점성을 갖는 액체의 유동보다 상대적으로 더 큰 점성을 갖는 액체의 유동을 더 많이 허용한다. 이러한 것은 액체의 점성이 다소 증가되면 액체의 관통 유동이 증가되는 것을 의미한다. 이 때, 액체의 점성이 감소될 때, 와류 장치를 통한 유동이 감소된다. 본 명세서에서 설명된 원심 분리기에 사용되는 바와 같은 와류 장치는 자동 조정 수단으로 구성되고, 그 자동 조정 수단에 의해 회전자의 분리 챔버 내에서 분리되고 와류 장치를 통과한 후에 회전자를 빠져 나가는 농축상의 분리 작동 중에 소정의 점성이 자동적으로 유지될 수 있다.

분리 작동이 완료된 후에, 원심 분리기는 다음의 방식으로 세척될 수 있다.

회전자로 혼합물의 공급이 중단된 후에, 회전자의 외주 출구 채널(35)들은 미끄럼부(37)의 축방향 이동에 의해 개방됨으로써, 회전자의 내용물이 상기 출구 채널들을 통해 배출된다. 이후에, 출구 채널(35)들은 또 다시 폐쇄되고, 세척 액체가 입구 파이프(11) 내의 입구 채널(13)을 통해 회전자로 유입된다. 세척 액체는 입구 챔버(10) 및 입구 통로(24)를 통해 분리 챔버(5)로 유입된다. 세척 액체의 일부는 농축물 파이프(19) 및 와류 장치(20)를 통해 농축물 출구 챔버(17)로 유동되고, 다른 일부는 출구 통로(27)를 통해 출구 챔버(28)로 유동된다. 세척 액체는 회전자에서 빠져 나와 출구 챔버(17, 28)로부터 고정식 출구 부재(12, 30)를 통해 각각 배출된다. 이러한 세척 작동 단계에서, 세척 액체의 자유 액체 표면들은 출구 통로(27) 내의 레벨(A) 및 격판(16) 아래에서 축 방향으로 배치된 분리 챔버의 일부분 내의 레벨(B)에 형성된다. 출구 챔버(17, 28) 내의 자유 액체 표면들은 정상 분리 작동 중과 사실상 동일한 레벨들로 형성된다. 그러나, 세척 액체가 농축물 출구 챔버(17)로 유동되는 것은 정상 분리 작동 중에 분리된 농축물의 유동보다 더 적다. 이러한 이유는 세척 액체의 점성이 분리된 농축상의 점성보다 사실상 더 낮고, 따라서 와류 장치들이 세척 액체를 매우 제한된 유동으로만 허용하기 때문이다. 와류 장치들의 기능에 관해, 전술한 설명들이 참조된다. 이러한 결과에 따라, 농축물 출구 챔버(17) 및 그 하류측의 농축상의 유동 경로들[즉, 도관들 및 기타 가능한 회전자의 하류측의 추가 처리 장치 뿐만 아니라 출구 파이프(12)]이 효과적으로 세척되지 않는다. 그러나, 이에 반해, 분리된 액상의 유동 경로들 및 출구 부재(30)는 상당히 효과적으로 세척되는 데, 그 이유는 공급된 세척 액체의 대부분이 출구 부재(30)를 통해 회전자를 빠져 나가기 때문이다.

출구 부재(30) 및 출구 도관(32)이 그 사이를 통과하는 세척 액체의 유동에 의해 세척된 후에, 이러한 유동은 밸브(33)에 의해 억제된다. 필요에 따라, 밸브(33)는 완전히 폐쇄된다. 이로써, 출구 챔버(28) 내의 자유 액체 표면은 반경 방향 내측으로 이동되고, 출구 통로(27) 뿐만 아니라 출구 챔버(28) 내에서 자유 액체 표면은 레벨(C)으로 이동된다. 출구 챔버(28) 내의 액체 표면은 회전자의 회전 축(4)에 그보다 더 밀접하게 이동될 수 없는 데, 그 이유는 그 후에 세척 액체가 부재(31)의 반경 방향 내측 모서리를 통해 회전자로부터 빠져 나오기 때문이다.

출구 도관(32)을 통한 세척 액체의 유출이 억제 또는 중단될 때, 격판(16) 아래에 축방향으로 위치한 분리 챔버의 일부분 내의 세척 액체의 자유 액체 표면은 레벨(B)로부터 레벨(C)로 내측 반경 방향으로 이동된다. 따라서, 세척 액체는 통로(34)를 통해 농축물 출구 챔버(17)로 유동된다. 이러한 것은 공급된 세척 액체의 전체량이 농축물 출구 챔버(17)로 공급되고, 출구 파이프(12)를 통해 그리고 회전자의 하류측에 위치한 추가적인 도관들 및 처리 장치를 통해 배출될 수 있다. 따라서, 그러한 도관들 및 처리 장치들이 효과적으로 세척될 수 있다.

또한, 회전자는 전술한 세척 작동에 의해 효과적으로 그 내측에서 세척된다. 첫째, 이러한 세척에 기여하는 것은 세척 액체의 유출이 밸브(33)에 의해 억제 또는 차단될 때, 출구 챔버(28) 및 출구 통로(27) 내에 발생되는 액체 표면의 운동이다. 또한, 출구 부재(30)의 외측의 대부분이 세척된다. 둘째, 회전자 내측의 세척에 기여하는 것은 세척 액체가 통로(34)를 통해 농축물 챔버(17)로 유입되는 것이다. 즉, 세척 액체는 출구 챔버 내에서 효과적으로 비산되어 벽들을 세척한다.

원한다면, 출구 부재(12)를 통한 세척 액체의 유출은 출구 챔버가 단시간 내에 세척 액체로 채워지게 하기 위해 예를 들어 밸브(33)와 유사한 밸브에 의해 때때로 억제될 수 있다. 이 경우에도 출구 챔버 내의 출구 부재의 외측의 대부분이 효과적으로 세척된다.

세척 액체가 통로(34)를 통해 농축물 출구 챔버(17)로 유입되기 위해, 출구 챔버(28)를 상방으로 한정하는 부재(31)의 반경 방향 내측 모서리의 레벨에서 반경 방향 외측의 레벨로 통로(34)가 반드시 위치되어야 하는 것은 아님을 알 수 있다. 즉, 세척 액체가 출구 부재(30)를 통해 회전자 밖으로 유출되면, 충분한 양의 세척 액체를 입구 챔버(10)로 공급함으로써 격판(16) 아래의 공간 내의 자유 액체 표면을 부재(31)의 상기 내측 모서리의 반경 반향 레벨 내측에서 반경 방향으로 변위시킬 수 있다. 이러한 이유는 액체가 분리 디스크(8)들 사이의 공간들 내에서 반경 방향 내측으로 유동하는 것이 입구 챔버(10)로부터 입구 통로(24)를 통해 격판(16) 아래의 공간을 통해 유동이 발생되는 것보다 더 큰 유동 저항이 생기기 때문이다.

이상, 농축물 출구 챔버(17)가 회전자 분리 챔버로부터 별도의 통로(34)를 통해 어떻게 세척 액체로 채워질 수 있는 지에 대해 설명되었다. 이것은 단지 본 발명의 가능한 일부 실시예들 중 하나이다. 그 대신에, 대응 통로가 농축물 출구 챔버 및 회전자의 처리 액체 공간의 다른 부분 사이에 설치될 수도 있다. 예를 들어, 그 대신에, 이러한 종류의 통로 또는 채널은 분리된 액상을 위한 농축물 출구 챔버 및 입구 챔버(10) 또는 출구 챔버(28) 사이에 설치될 수도 있다.

또한, 본 발명의 범주 내에서, 예를 들어 농축물 출구 부재(12) 또는 입구 파이프(11) 또는 액상 출구 부재(30)에 의해 회전자 내에 지지되는 고정식 액체 전달 부재에 의해 세척 액체용 통로가 완성될 수 있다. 이러한 종류의 고정식 액체 전달 부재를 형성하는 통로는 예를 들어 입구 챔버(10) 내에서 정상 분리 작동 중에 회전자 내에 형성된 자유 액체 표면의 반경 방향 내측으로 위치하지만, 레벨(A)으로부터 레벨(C)으로 출구 통로(27) 내의 자유 액체 표면의 이동과 관련하여 전술된 바와 같이, 그러한 세척 액체가 회전자로 공급되고 자유 액체 표면이 반경 방향 내측으로 이동될 때, 그 통로가 세척 액체 내에 침수되는 반경 방향 레벨로 위치되도록 적절하게 구성된다. 출구 부재(12, 30)와 유사한 출구 부재와 같은 그러한 방식으로, 액체 전달 부재는 세척 액체를 회전자 내의 관련 회전 액체 본체로부터 농축물 출구 챔버로 이동시키고 그 내부로 전달할 수 있다.

Claims

고체 입자들을 함유한 액체 혼합물을 사실상 고체 입자들이 없고 상대적으로 낮은 점성을 갖는 하나의 액상과 고체 입자들이 풍부하고 상기 액상보다 상대적으로 높은 점성과 더 큰 밀도를 갖는 하나의 농축상으로 분리하도록 설계되고,

중앙 회전 축(4)을 중심으로 회전 가능하고, 상기 혼합물용 입구(13)와 상기 액상용 출구(32)와 상기 농축상용 출구(12)를 구비한 회전자(1, 2)를 포함하고,

상기 회전자에는 적어도 하나의 분리 챔버(5)와 액체 출구 챔버(28)와 농축물 출구 챔버(17)를 포함하는 처리 액체 공간이 형성되고, 상기 분리 챔버(5)는 분리된 액상용의 액체 공간(6)과 분리된 농축상용 농축물 공간(7)을 구비하고, 상기 액체 출구 챔버(28)는 상기 액체 공간과 통해 있고, 상기 농축물 출구 챔버(17)는 적어도 하나의 농축물 통로(19, 21, 23)를 통해 상기 농축물 공간(7)과 통해 있고,

상기 농축물 통로(19, 21, 23)는 와류 장치(20)를 통과하여 연장되고, 상기 와류 장치는 일정한 압력 강하가 일어나도록 설계되어 상대적으로 낮은 점성을 갖는 농축상의 관통 유동보다 상대적으로 높은 점성을 갖는 농축상의 유동을 더 크게 하도록 구성되고,

회전자(1, 2)와 함께 회전되지 않도록 구성된 농축물 출구 부재(12)는 농축물 출구 챔버(17)로 연장되고 분리된 농축상을 회전자 밖으로 배출하도록 구성된 원심 분리기를 세척하는 방법에 있어서,

세척 액체는 상기 농축물 출구 챔버(17) 이외의 회전자의 처리 액체 공간의 다른 부분을 통해 회전자로 유입되고,

세척 액체는 상기 와류 장치(20) 이외의 경로로 회전자 처리 액체 공간의 상기 다른 부분으로부터 농축물 출구 챔버(17)로 전달되고,

세척 액체는 농축물 출구 챔버(17)로부터 제거되고 상기 농축물 출구 부재(12)를 통해 회전자 밖으로 이동되는

것을 특징으로 하는 세척 방법.
제1항에 있어서,

상기 원심 분리기는 회전자(1, 2)와 함께 회전되지 않도록 구성되고 분리된 액상을 회전자 밖으로 배출시키도록 액체 출구 챔버(28)로 연장된 액체 출구 부재(30)와, 원심 분리기의 정상 작동 중에 처리 액체, 즉 혼합물을 분리된 액상 및 분리된 농축상으로 상기 처리 액체 공간 내에서 소정의 반경 방향 레벨(A, B)로 유지하도록 구성된 수단을 더 포함하고 있으며,

회전자의 처리 액체 공간의 상기 다른 부분이 원심 분리기의 정상 작동 중에 처리 액체가 그 내부에 있게 되는 소정 레벨에서 반경 방향 내측으로 세척 액체를 유지하도록 상기 액체 출구 부재(30)를 통한 액체의 유출이 저지 또는 조절되고,

원심 분리기의 정상 작동 중에 처리 액체가 그 내부에 있게 되는 소정의 레벨의 반경 방향 내측으로의 회전자의 처리 액체 공간의 상기 다른 부분 내에 있게 되는 세척 액체는 상기 와류 장치(20) 이외의 경로(34)를 통해 농축물 출구 챔버(17)로 이동되는

것을 특징으로 하는 세척 방법.
제2항에 있어서, 상기 액체 출구 부재(30)를 통한 액체의 유출은 회전자의 처리 액체 공간의 상기 다른 부분이 원심 분리기의 정상 작동 중에 처리 액체가 그 내부에 있게 되는 소정의 레벨에서 반경 방향 내측으로 세척 액체를 유지하는 정도로 저지되는 것을 특징으로 하는 세척 방법.
고체 입자들을 함유한 액체 혼합물을 사실상 고체 입자들이 없고 상대적으로 낮은 점성을 갖는 하나의 액상과 고체 입자들이 풍부하고 상기 액상보다 상대적으로 높은 점성과 더 큰 밀도를 갖는 하나의 농축상으로 분리하도록 설계되고,

중앙 회전 축(4)을 중심으로 회전 가능하고 상기 혼합물용 입구(13)와 상기 액상용 출구(32)와 상기 농축상용 출구(12)를 구비한 회전자(1, 2)를 포함하고,

상기 회전자에는 적어도 하나의 분리 챔버(5)와 액체 출구 챔버(28)와 농축물 출구 챔버(17)를 포함하는 처리 액체 공간이 형성되고, 상기 분리 챔버(5)는 분리된 액상용의 액체 공간(6)과 분리된 농축상용 농축물 공간(7)을 구비하고, 상기 액체 출구 챔버(28)는 상기 액체 공간(16)과 통해 있고, 상기 농축물 출구 챔버(17)는 회전자의 회전 축(4) 주위로 분포된 몇개의 농축물 통로(19, 21, 23)를 통해 상기 농축물 공간(7)과 통해 있고,

상기 농축물 통로(19, 21, 23)의 각각은 와류 장치(20)를 통과하여 연장되고, 상기 와류 장치는 일정한 압력 강하가 일어나도록 설계되어 상대적으로 낮은 점성을 갖는 농축상의 관통 유동보다 상대적으로 높은 점성을 갖는 농축상의 유동을 더 크게 하도록 구성되고,

몇개의 와류 장치(20)들은 회전자의 회전 축(4) 주위로 분포되고, 각각의 농축물 통로(19, 21, 23)는 와류 장치로 접선 방향으로 개방되고,

회전자(1, 2)와 함께 회전되지 않도록 구성된 액체 출구 부재(30)는 분리된 액상이 배출되도록 액체 출구 챔버(28)로 연장되고,

회전자(1, 2)와 함께 회전되지 않도록 구성된 농축물 출구 부재(12)는 분리된 농축상이 배출되도록 농축물 출구 챔버(17)로 연장되고,

원심 분리기의 정상 작동 중에 처리 액체, 즉 혼합물을 분리된 액상 및 분리된 농축상으로 상기 처리 액체 공간 내에서 소정의 반경 방향 레벨(A, B)로 유지하는 수단이 설치된 원심 분리기를 세척하기 위한 장치에 있어서,

전달 부재(16)에는 적어도 하나의 분리된 세척 액체 통로(34)가 형성되고, 상기 세척 액체 통로(34)는 농축물 출구 챔버(17)와 분리 챔버를 액체 출구 챔버(28) 이외의 다른 경로를 통해 연결하고 원심 분리기의 정상 작동 중에 세척 액체 통로(34)를 통해 처리 액체의 유동이 발생되지 않도록 처리 액체가 있게 되는 레벨의 반경 방향 내측의 레벨(C)에서 적어도 부분적으로 연장되고,

회전자는 제한 벽(31)들을 구비하고, 상기 제한 벽(31)들은 회전자의 처리 액체 공간의 상기 다른 부분이 세척 액체로 채워질 때 상기 다른 부분이 원심 분리기의 정상 작동 중에 처리 액체가 있게 되는 레벨의 반경 방향 내측으로 세척 액체를 포함하도록 허용되어 세척 액체가 세척 액체 통로(34)를 통해 출구 챔버(17)로 유출될 수 있도록 구성된

것을 특징으로 하는 세척 장치.
제4항에 있어서, 상기 전달 부재(16)는 회전자와 함께 회전 가능하도록 회전자(1, 2)의 일부분과 연결되거나 회전자의 일부분으로 구성되는 것을 특징으로 하는 세척 장치.
제4항 또는 제5항에 있어서, 상기 농축물 공간(7)은 분리 챔버(5)의 반경 방향 외측 부분 내에 위치하고, 각각의 농축물 통로의 일부분은 농축물 튜브(19)로 형성되고, 상기 농축물 튜브(19)는 농축물 공간(7)으로부터 상기 와류 장치(20)의 입구로 연장되고, 와류 장치의 출구(23)는 상기 농축물 출구 챔버(17)와 통해 있는 것을 특징으로 하는 세척 장치.
제6항에 있어서, 농축물 공간(7)은 분리 챔버 내에서 상기 액체 공간(6)에서 반경 방향 외측의 레벨로 위치하고, 각각의 농축물 튜브(19)는 농축물 공간(7)으로부터 회전자의 회전 축(4)을 향해 연장되는 것을 특징으로 하는 세척 장치.
제4항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,

농축물 출구 챔버(17)는 회전자 내에서 분리 챔버 내의 농축물 공간(7)의 반경 방향 내측으로 형성되고,

분리 챔버(5)는 농축물 출구 챔버(17)와 액체 출구 챔버(28) 사이에 축 방향으로 제공된 혼합용 입구(24)를 갖고,

세척 액체 통로(34)는 혼합용 분리 챔버의 입구(24)로부터 떨어져서 면하는 농축물 출구 챔버(17)와 축방향으로 서로 통해 있는 것을 특징으로 하는 세척 장치.
제4항에 있어서, 상기 액체 출구 부재(30)는 출구 채널(32)을 형성하고, 밸브(33)는 원심 분리기가 세척될 때 상기 출구 채널(32)을 통한 액체 유동을 감소시키도록 구성되고, 회전자로 공급된 세척 액체는 원심 분리기의 정상 작동 중에 처리 액체가 있게 되는 레벨의 반경 방향 내측인 레벨(C)로 회전자 내의 처리 공간을 채우는 것을 특징으로 하는 세척 장치.
제10항에 있어서, 액체 출구 부재(30)는 고정식인 것을 특징으로 하는 세척 장치.
전술한 항들 중 어느 한 항에 있어서, 농축물 출구 부재(12)는 고정식인 것을 특징으로 하는 장치.